星-三角接法的分数槽永磁电机匝间短路故障分析

为了分析永磁电机绕组采用星-三角(Y-△)接法时发生匝间短路故障后对电机的影响,建立了绕组在Y-△接法下分别在星形(Y)接法部分和角形(△)接法部分发生匝间短路故障的电路模型,推导得到故障发生后电机三相电流。以10极12槽永磁电机为例进行二维有限元仿真,对传统的Y接法双层绕组永磁电机和Y-△接法4层绕组永磁电机发生匝间短路故障的情况进行对比分析。仿真结果表明:在Y-△接法下匝间短路故障位置的不同对电流会有很大影响;在发生匝间短路故障后Y-△接法能降低电机的转矩脉动,降低故障发生后故障相电流中的3次谐波幅值。

基于开口变压器法的交流电机定子非激励相绕组匝间短路检测研究

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点所在槽,分析故障前后开口变压器绕组感应电动势的变化。首先阐述开口变压器检测定子非激励相的工作原理,分析正常和故障状态下通过开口变压器铁心漏磁通的表达式,进一步得到开口变压器绕组感应电动势表达式,获取故障变化规律。随后建立交流电机电磁仿真模型,进行仿真分析,最后用一台定子样机进行实验验证。结果表明:故障状态下,随着故障程度的加深,故障点所在槽的开口变压器感应电动势随之减小,证明了开口变压器可以作为离线检测交流电机定子非激励相绕组匝间短路故障的有效手段。

永磁同步电机故障诊断方法研究综述

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点,在生产制造领域得到广泛应用。PMSM在工作中不断受到速度变化和负载波动等复杂工况的影响,不可避免地会出现各种故障,如轴承故障、偏心故障、退磁故障和匝间短路故障等。文中综述了PMSM常见故障类型,并总结了自动化领域中基于信号的状态监测方法的现有研究,以用于各类电气和机械故障的检测和诊断。随后,对诊断方法进行了总结,并分析了其优势与限制,探讨了不同信号处理方法在应用中的利弊。最后,根据当前研究现状,讨论了PMSM故障监测与诊断存在的问题和未来发展方向。

汽轮发电机转子匝间短路对定子热响应特性的影响

本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密度,得到了铁心损耗和绕组铜耗的解析表达式;然后建立了发电机故障前后的三维有限元仿真模型,对不同短路程度故障下的铁心损耗、绕组铜耗与定子温度进行了求解计算;最后实测了CS-5型故障模拟发电机在正常运行和不同短路程度故障下的定子温度,实验结果与理论分析、有限元仿真结果基本一致。结果表明,转子匝间短路故障后由于励磁电流的增强,发电机铁心损耗和绕组铜耗均会增加,定子温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧;定子端面边缘位置的变形和应力幅值最大并且为热响应下的危险位置。

考虑气隙偏心时短路因素对发电机端部绕组振动的影响

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首先理论推导得出定子端部绕组的受力表达式;然后基于电磁-结构耦合模型得到了绕组电磁力及其力学响应特性,如变形、应变和应力;最后在CS-5故障模拟发电机进行试验验证。试验结果与理论分析、有限元计算结果基本一致。结果表明,转子匝间短路会给绕组电磁力带来额外的50 Hz(基本频率)、150 Hz和200 Hz的谐波。随着气隙偏心程度/转子匝间短路程度/短路位置与大齿之间距离增大,端部绕组电磁力/振动加剧。此外,复合故障对端部绕组振动影响更为严重。在定子绕组电磁力作用下,定子绕组鼻端部位为最大变形位置,同时绕组直线段与端部的连接处易发生绝缘磨损,在制造及后期维护中应重点关注。

基于二维CNN与多源机电信息融合的同步电机转子匝间短路故障诊断方法

为提高同步电机转子绕组匝间短路故障的诊断准确率,以一台型号为SDF-9的一对极同步发电机为研究对象,提出了一种基于二维卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)与多源机电信息融合的匝间短路故障诊断方法。首先选取故障前后的定子环流、转子振动、定子振动信号为故障特征,采用信号-图像转换方法将一维时序信号转化为二维灰度图像。其次将处理后的图像分别作为二维CNN模型的前置输入进行训练。最后采用D-S证据理论将3种证据体的输出概率进行决策融合。结果表明:该方法消除了单一信号易受传感器故障及环境变化的影响,故障诊断准确率显著提高,并与其他传统故障诊断算法的诊断结果进行对比分析,验证了此方法的有效性。

船舶发电机定子绕组匝间短路故障预警

为保障船舶的安全航行,需要对船舶发电机定子绕组早期匝间短路故障进行预警。首先,通过同步发电机的数学模型对正常运行和不同程度的匝间短路故障进行仿真,选取负序电流分量和电磁转矩作为故障特征量并进行信息融合;然后,使用CNN-BiLSTM网络对特征量进行回归预测得到网络预测的残差;最后,根据残差的变化趋势和设定的阈值来判断故障的发展情况。结果表明,建立的模型可以实现定子绕组匝间短路故障的预警,并且基于自适应原理设置的动态阈值会比固定阈值提前确认故障。

换流变内部短路电流计算及动态模拟技术

研究换流变压器内部故障下不同位置的短路电流分布特征可以加深故障机理认识为其保护研究提供重要参考。换流变压器内部短路后轴向安匝分布不均匀,从而引起辐向漏磁场分量显著增加。提出以辐向短路电抗修正内部故障后绕组电感参数的变化,将短路绕组与剩余绕组进行等效处理,优化内部故障后的等效电路模型,并提出匝间短路电流的计算方法。所定义的空载运行匝间短路电抗比K可用于描述换流变匝间短路故障后,短路环内电流与网侧短路电流的比值。以工程产品为原型,提出了换流变压器物理模型的一致性技术指标。并通过与原型产品的仿真比对提出了匝间短路电流分布的规律,受故障发生位置影响,相同匝比的短路电流从线圈轴向上看呈现马鞍状分布特点,进一步研制了可以反映内部短路故障的换流变压器物理模型。最后,搭建全物理的换流变压器内部故障动态模拟试验平台,验证了所提出的内部短路电流计算方法的正确性,其K值计算误差控制在-1.70%~0.72%。

改进2D-CNN的永磁同步电机故障诊断分析

针对卷积神经网络在噪声环境中特征提取能力不足,导致永磁同步电机故障诊断出现准确率低、泛化能力差的问题,提出了一种改进二维卷积神经网络与混合注意力机制的故障诊断方法。该方法首先将采集的一维时序信号转换为二维灰度图;其次,改进多尺度特征提取模块,将该模块部分普通卷积替换为空洞卷积,以最大程度地提取到数据信号中的有效信息;然后引入混合注意力机制动态更新权重参数,强化故障特征,抑制噪声的干扰;最后使用分类器进行匝间短路故障诊断。实验结果表明:与其他方法相比,文中模型具有更好的准确性和鲁棒性;在各噪声背景下,本模型的准确率均在96%以上,表明所提方法具有较强的抗噪性能和泛化能力。

干式空心电抗器故障分析及预防措施

通过总结现场干式空心电抗器发生的短路放电、电树枝爬电、断股等故障情况,分析故障原因,并结合现场实际情况提出预防措施及日常运维工作的注意事项。

重复脉冲试验法在凸极式转子匝间短路测试中的应用

基于行波理论的重复脉冲试验法(以下简称:RSO法)在隐极式发电机转子匝间短路实际应用测试中得到了大量的验证,使用效果良好,并结合工作实际进行了试验验证,最终证明了RSO法在凸极式同步电动机转子匝间短路测试方面具有一定的适用性。

轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机及其匝间短路故障抑制研究

针对传统分数槽集中绕组永磁容错电机相间隔离能力弱、匝间短路故障抑制能力不足的问题,该文提出一种轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机。该电机各相绕组沿轴向独立排布,实现了相间的电、磁、热及物理隔离。首先,介绍轴裂相整数槽集中绕组电机的基本结构,阐述其工作原理,分析其电磁性能。然后,理论分析该轴裂相整数槽集中绕组永磁电机匝间短路故障的抑制机理。在考虑绝缘接触电阻变化的基础上,将所提轴裂相整数槽集中绕组永磁电机与传统分数槽集中绕组永磁电机在不同接触电阻情况下的故障电流、损耗和温升进行对比和分析。研究表明,相比于传统分数槽集中绕组永磁容错电机,该文所提轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机在故障的各个阶段,其匝间短路故障的严重性均较低,并且故障对健康相的影响很小,实现了从电机结构上抑制和隔离匝间短路故障的目的。最后,加工一台轴裂相整数槽集中绕组永磁电机样机,完成对样机匝间短路电流和故障温升的测试,实验结果与理论分析和仿真结果一致,证明了上述分析的正确性。

基于多目标优化的永磁同步电机容错控制研究

电机定子绕组匝间短路是最常见的一类故障形式,若不进行处理会逐渐发展为相间或相对地短路,从而导致电机损坏。为了保障电机的安全运行与故障下转矩输出质量,需要及时对故障电机进行有效的容错控制。首先,以永磁同步电机为研究对象,通过电机定子绕组匝间短路故障等效电路获得电机数学模型,并分析了d-q轴电流平面下的故障电机转矩、短路环流及绕组温升。然后,为实现对故障电机电流的准确预测,对电机定子绕组匝间短路故障等效电路进行合理电路变换,建立故障电机预测模型,进而提出了一种多目标优化预测容错控制策略。最后,搭建电机实验平台,对提出的容错控制策略进行实验验证,结果表明:该方法可有效抑制短路环流及绕组温升并降低故障电机的转矩脉动。

基于场-路耦合有限元法的干式变压器匝间短路暂态特性研究

因抗短路能力不足,干式变压器运行中因负荷侧出口短路引起的绕组匝间短路故障仍有发生。为提高实时监测故障的灵敏度,有必要对干式变压器绕组发生匝间短路故障时的暂态特性进行研究。首先分析了“场-路”耦合的原理;其次,利用有限元软件ANSYS建立了与干式变压器实物结构一致的二维“场-路”耦合仿真模型,并验证了该模型额定运行工况下的准确性。随后,通过耦合模型的外电路设置绕组不同位置发生匝间短路故障,分析干式变压器绕组发生单匝匝间短路故障时电磁参数的分布特征。最后,研究得到工程上易检测且变化显著的损耗因数、有功功率损耗变化率作为敏感特征状态量,所得结论可为实现干式变压器发生匝间短路故障的实时在线监测及实施提高绕组抗短路能力的措施提供针对性的理论依据。

励磁绕组短路下关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响

分析了励磁绕组短路下,关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响。关键运行参数包括短路程度、短路位置,以及电机负载率;转子动力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性、径向振动响应特性,以及转子铁芯动力学响应规律。基于柔性转子不平衡磁拉力激励与振动响应的理论分析、有限元仿真计算,以及动模试验来探索不同运行参数造成动力学特性差异的规律。结果表明:正常情况下转子不平衡磁拉力趋于零,转子振动以常规基频和定子传递过来的各偶次倍频为主;励磁绕组匝间短路下,转子不平衡磁拉力及其振动响应将产生新的奇次倍频成分,且通频振动幅值增大。随着短路程度或负载的增加,转子不平衡磁拉力与振动响应的基频将增大;短路位置越靠近大齿处,转子不平衡磁拉力与振动幅值越大;转子铁芯大齿的外表面和内槽表面边沿为动力学响应的危险位置。

变压器绕组短路故障多特征融合诊断

绕组匝间短路是变压器最常见的初期故障类型之一.为了提高轻度故障的诊断准确率,考虑绕组短路电流、绕组温度、电流密度和磁通偏移特征,提出了变压器绕组短路故障的多特征融合诊断方法 .首先建立了变压器绕组短路的COMSOL空间模型,将仿真结果和理论计算结果进行对比,证明空间模型的正确性.然后,对变压器轻度故障时进行了故障模拟和故障特征分析,提取其电流特征参量、温度特征参量、电流密度偏移率和磁通偏移率作为故障特征.采用BP网络进行故障识别.变压器的工程诊断实例验证了本文方法的有效性.

干式变压器绕组匝间短路故障的电磁特征及电动力分析

干式变压器低压绕组的匝间绝缘故障不易通过外观表征直接发现,且难以实现实时监测,严重影响供电可靠性。针对干式变压器低压绕组单匝匝间短路故障时的电磁特征研究不足而导致故障检测方法缺失及实际研究中难以设置绕组匝间短路故障的问题,利用有限元仿真软件建立与实际干式变压器一致的“场-路”耦合模型,并验证了该模型在额定运行工况下的准确性。在此基础上探究低压绕组发生匝间短路故障时其短路点电流、短路匝电流、短路匝电流密度及短路匝辐向磁密和轴向磁密等电磁参数的变化规律,研究在绕组不同位置发生匝间短路故障时短路匝所受电动力的分布情况。结果表明,绕组不同位置发生匝间短路时,磁密最大值出现在最外层短路匝;最外层短路匝所受辐向力最大,最内层短路匝所受轴向力最大。研究结果为干式变压器匝间绝缘在线监测和保护技术提供了理论依据,有利于抗短路能力提升措施的研究与实施。

基于变频法的发电机转子绕组匝间短路检测方法的研究及应用

目前国内存在发电机转子绕组匝间短路检测手段匮乏,现有试验方法下交流阻抗值误差较大的问题,本文从理论及应用两方面全面地解析了使用“变频”法测量交流阻抗值的方式,实现了一种试验风险低、数据误差小的试验方法,极大地提升了试验人员对于发电机转子绕组匝间短路的判断水平,为行业内发电机的转子绕组匝间短路故障判断提供了一种全新的思路。

基于高频等效模型的分合闸线圈绝缘故障评估

为有效诊断断路器分合闸线圈的绝缘故障,提出一种线圈匝间短路故障位置的评估方法。建立分合闸线圈的高频等效电路模型,在模型首端注入高频方波脉冲信号,在末端测得电压响应特征曲线。计算不同匝间短路位置下的特征曲线小波包—能量谱。结果表明:随着短路位置靠近线圈末端,特征曲线能量分布向低频集中。以特征曲线的小波包—能量谱为输入,短路位置为输出,基于概率神经网络建立诊断模型并进行仿真。结果表明:该模型故障定位正确率为85.7%,具有一定的可行性。

列车电机械制动单元匝间短路故障特征提取研究

为保障电机械制动系统的可靠性,研究电机械制动单元匝间短路故障诊断方案。首先,采用Matlab/Simulink软件建立电机械制动单元数学仿真模型并进行试验验证;其次,注入匝间短路故障,分析比较不同匝间短路故障程度下转矩与电流的变化特性;最后,以三相电流作为输入信号,采用小波包算法对电机械制动单元匝间短路故障进行故障特征提取。研究表明,电机械制动单元启动后电流和转矩都会有瞬时的提升,在进入有效制动阶段后两者逐渐增大,最终进入堵转状态后电流与转矩保持恒定。随着故障程度加深,转矩波动与三相电流幅值都会有明显上升,各频段能量占比都发生单调变化,同时频段1能量衰减率也在不断上升。